Name: Principais fatores que afetam o desempenho do Sb2S3-sensibilizadas células solares durante um Sb2S3 deposição através de SbCl3-tioureia solução-processamento complexo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 24 s
Description: Aprenda a depositar Sb₂S₃ em TiO₂ mesoporoso usando solução complexa de SbCl₃-tioureia para células solares sensibilizadas. Este método otimiza parâmetros e melhora a eficiência energética.

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Este trabalho foi apoiado pela Daegu Gyeongbuk Instituto de ciência e tecnologia (DGIST) R & D programas do Ministério da ciência e das TIC, República da Coreia (bolsas n º 18-ET-01 e 18-01-HRSS-04).

1. síntese da solução TiO2- BL
<ol><li>Prepare 2 frascos transparentes com um volume de 50 mL.</li>
	<li>Adicionar 20 mL de etanol a 1 frasco (V1) e selar V1.</li>
	<li>Transferência de V1 para um N2-cheio de porta-luvas com um sistema de umidade controlada de um H2O nível de < 1 ppm.</li>
	<li>Adicionar 1,225 mL de titânio (IV) isopropoxide (TTIP) v1 usando uma seringa com um filtro PVDF de 0,45 µm e suavemente agitar a mistura pelo menos 30 min. Nota: Esta etapa deve ser executada em uma caixa de luvas (ou em condições de umidade muito baixa) desde TTIP é altamente sensível à umidade. Se a solução TTIP não é transparente ou brancos precipitados são observados dentro da solução, isso não deve ser usado, porque já ocorreu uma reação indesejável dentro da solução.</li>
	<li>Os outros preparados ampola (V2), adicionar 18 μL de HNO3 (70%) e 138 μL de H2O a 20 mL de etanol utilizando uma micropipeta e agitar suavemente a mistura pelo menos 30 min. Nota: Este passo não deve ser executado em uma caixa de luva, porque H2O é usado.</li>
	<li>Misture as 2 soluções derramando a solução V2 em solução a V1 e mexa por mais de 2 h sintetizar a solução 0,1 M TiO2- BL transparente. Nota: A solução final deve ser transparente. Se a solução não é transparente, ressintetizá-lo até à obtenção de uma solução transparente. Preparado com sucesso TiO2- BL soluções são estáveis por vários dias em condições de umidade de < 50%.</li>
</ol>2. síntese das soluções SbCl3- TU com várias SbCl /TU3relações Molar
Nota: A síntese deve ser realizada no porta luvas, por causa da sensibilidade muito alta de SbCl3 à umidade.
<ol><li>Prepare a SbCl3 solução stock [1 mmol de SbCl3 em 1 mL de N, N- dimetilformamida (DMF)] no interior da caixa de luva. Por exemplo, adicione 6,486 g de SbCl3 a 30 mL de DMF para um 32,2 mL de solução.</li>
	<li>Adicionar uma quantidade apropriada de solução para um frasco contendo uma determinada quantidade de TU para sintetizar a solução TU -3SbCl com a desejada relação molar de SbCl3/TU. Por exemplo, suponha que o 2 frascos contêm 0,1 g de TU, adicionar 0,9394 mL da solução para um frasco e 0,5637 mL para o outro, para sintetizar soluções com SbCl3/TU rácios de 1,5/1 e 1/2.5, respectivamente.</li>
</ol>3. preparação do substrato composto por mp-TiO2/TiO2- BL/FTO vidro
<ol><li>Lave o vidro revestido FTO (FTO vidro) de 25 x 25 mm em um banho ultra-sônico com acetona por 10 min, seguido por etanol. Nota: Para fabricar o dispositivo fotovoltaico, use vidro FTO pre-modelado, onde a superfície FTO de 5-10 mm x 25 mm está totalmente gravada.</li>
	<li>Instantaneamente, seque o vidro FTO um jacto de ar comprimido da amostra.</li>
	<li>Trate o vidro FTO com um UV/O3 limpador por 20 min.</li>
	<li>Girar o casaco etanol no vidro FTO a 5.000 rpm por 60 s.</li>
	<li>Imediatamente gire casaco novamente com a solução preparada TiO2- BL sob as mesmas condições de passo 3.4.</li>
	<li>Seque o vidro FTO por 2 min, colocando-o em um prato quente pré-aquecido a 200 ° C.</li>
	<li>Repita as etapas de 3.5 e 3.6, para obter a espessura desejada da BL -2de TiO.</li>
	<li>Deposite a camada de2 mp-TiO no vidro - BL/FTO do TiO2usando o método de impressão de tela com TiO2 colar (50 nm TiO2 as partículas) e uma máscara de poliéster.</li>
	<li>Recoze o vidro mp-TiO2/TiO2- BL/FTO a 500 ° C por 30 min.</li>
	<li>Mergulhe os substratos recozidos em uma solução aquosa transparente de 40 milímetros TiCl4 após refrigerá-los à temperatura ambiente. Nota: Os 40 milímetros TiCl4 solução deve ser transparente. Se os substratos são mergulhados na solução TiCl4 antes de eles são resfriados, eles podem facilmente quebrar por causa da diferença de temperatura entre o substrato e a solução.</li>
	<li>Transferir os substratos para uma estufa a 60 ° C e armazená-los por 1h.</li>
	<li>Lave os substratos várias vezes com água morna e instantaneamente, seque-os por blowingcompressed ar neles. Nota: Para evitar qualquer quebra de substratos, usar água morna (aproximadamente 60 ° C) quando enxaguar.</li>
	<li>Recoze os substratos novamente a 500 ° C, por 30 min.</li>
</ol>4. deposição de Sb2S3 no substrato de mp-TiO2/TiO2- BL/FTO vidro
<ol><li>Tratar os substratos com um UV/O3 mais limpo por 20 min limpar a superfície e transferi-los para a caixa de luva.</li>
	<li>Girar o casaco solvente sobre os substratos a 3.000 rpm para 60 antes da s girar revestindo-os com a solução TU -3SbCl DMF.</li>
	<li>Aqueça os substratos revestidos como por 5 min, colocando-os num prato aquecido a 150 ° C, para uma decomposição térmica parcial e a formação de fase amorfa.</li>
	<li>Coloca as amostras em uma chapa quente pré-aquecido a 300 ° C por 10 min para a formação de fase cristalina.</li>
	<li>Após as amostras à temperatura de refrigeração, removê-los da caixa de luva.</li>
</ol>5. fabricação de Sb2S3-sensibilizadas células solares
<ol><li>Adicionar 15 mg de poly(3-hexylthiophene) (P3HT) a 1 mL de clorobenzeno e delicadamente agite-os até obter uma solução clara avermelhada.</li>
	<li>Girar o casaco clorobenzeno no Sb2S3-depositado o substrato a 3.000 rpm por 60 s.</li>
	<li>Imediatamente gire casaco novamente com a solução de P3HT preparada nas mesmas condições como usado na etapa 5.2.</li>
	<li>Transferi as amostras em uma câmara de vácuo do evaporador.</li>
	<li>Depósito 100 nm de ouro com uma taxa de 1,0 Å / s.</li>
</ol>

<ol><li>Choi, Y. C., Lee, D. U., Noh, J. H., Kim, E. K., Seok, S. I. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201304238">Highly Improved Sb2S3 Sensitized-Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells and Quantification of Traps by Deep-Level Transient Spectroscopy.</a> Advanced Functional Materials. 24 (23), 3587-3592 (2014).</li>
<li>Kim, D. -H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/nr/c4nr04148h">Highly reproducible planar Sb2S3-sensitized solar cells based on atomic layer deposition.</a> Nanoscale. 6 (23), 14549-14554 (2014).</li>
<li>Choi, Y. C., Seok, S. I. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201500296">Efficient Sb2S3-Sensitized Solar Cells Via Single-Step Deposition of Sb2S3 Using S/Sb-Ratio-Controlled SbCl3-Thiourea Complex Solution.</a> Advanced Functional Materials. 25 (19), 2892-2898 (2015).</li>
<li>Godel, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+room+temperature+aqueous+Sb2S3+synthesis+for+inorganic-organic+sensitized+solar+cells+with+5.1%25+efficiencies%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Efficient room temperature aqueous Sb2S3 synthesis for inorganic-organic sensitized solar cells with 5.1% efficiencies.</a> Chemical Communications. 51 (41), 8640-8643 (2015).</li>
<li>Choi, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sb2Se3-Sensitized+Inorganic-Organic+Heterojunction+Solar+Cells+Fabricated+Using+a+Single-Source+Precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Sb2Se3-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Single-Source Precursor.</a> Angewandte Chemie International Edition. 53 (5), 1329-1333 (2014).</li>
<li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.7b00648">6.5% Certified Efficiency Sb2Se3 Solar Cells Using PbS Colloidal Quantum Dot Film as Hole-Transporting Layer.</a> ACS Energy Letters. 2 (9), 2125-2132 (2017).</li>
<li>Choi, Y. C., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201301680">Efficient Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Employing Sb2(Sx/Se1-x)3 Graded-Composition Sensitizers.</a> Advanced Energy Materials. 4 (7), 1301680(2014).</li>
<li>Choi, Y. C., Yeom, E. J., Ahn, T. K., Seok, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CuSbS2-Sensitized+Inorganic-Organic+Heterojunction+Solar+Cells+Fabricated+Using+a+Metal-Thiourea+Complex+Solution%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">CuSbS2-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Metal-Thiourea Complex Solution.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (13), 4005-4009 (2015).</li>
<li>Versavel, M. Y., Haber, J. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609007003513">Structural and optical properties of amorphous and crystalline antimony sulfide thin-films.</a> Thin Solid Films. 515 (18), 7171-7176 (2007).</li>
<li>Yang, B., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4455288/">Hydrazine solution processed Sb2S3, Sb2Se3 and Sb2(S1-xSex)3 film: molecular precursor identification, film fabrication and band gap tuning.</a> Scientific Reports. 5, 10978(2015).</li>
<li>Peng, B., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854504000347">Systematic investigation of the role of compact TiO2 layer in solid state dye-sensitized TiO2 solar cells.</a> Coordination Chemistry Reviews. 248 (13-14), 1479-1489 (2004).</li>
<li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201700866">Accelerated Optimization of TiO2/Sb2Se3 Thin Film Solar Cells by High-Throughput Combinatorial Approach.</a> Advanced Energy Materials. 7 (20), 1700866(2017).</li>
<li>Sung, S. -J., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1226086X17303829">Systematic control of nanostructured interfaces of planar Sb2S3 solar cells by simple spin-coating process and its effect on photovoltaic properties.</a> Journals of Industrial and Engineering Chemistry. 56, 196-202 (2017).</li>
<li>Gong, J., Liang, J., Sumathy, K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211200319X">Review on dye-sensitized solar cells (DSSCs): Fundamental concepts and novel materials.</a> Renewable & Sustainable Energery Reviews. 16 (8), 5848-5860 (2012).</li>
<li>Jeon, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent+engineering+for+high-performance+inorganic-organic+hybrid+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells.</a> Nature Materials. 13 (9), 897-903 (2014).</li>
<li>Choi, Y. C., Lee, S. W., Jo, H. J., Kim, D. -H., Sung, S. -J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra19203c">Controlled growth of organic-inorganic hybrid CH3NH3PbI3 perovskite thin films from phase-controlled crystalline powders.</a> RSC Advances. 6 (106), 104359-104365 (2016).</li>
<li>Choi, Y. C., Lee, S. W., Kim, D. -H. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4974942">Antisolvent-assisted powder engineering for controlled growth of hybrid CH3NH3PbI3 perovskite thin films.</a> APL Materials. 5 (2), 026101(2017).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

TiO2- BL é amplamente usada como uma camada de bloqueio de buraco em células solares. Como mostrado na Figura 2, observou-se uma grande diferença no desempenho dispositivo dependendo da espessura BL -2TiO. Portanto, sua espessura deve ser otimizada para obter o melhor desempenho global do dispositivo, porque criticamente atua como uma camada de orifício de bloqueio para evitar qualquer contacto directo entre FTO e buraco-transportando materiais11...

Chalcogenides baseados em antimónio (Sb-Chs), incluindo Sb2S3, Sb2Se3, Sb2(S, Se)3e CuSbS2, são considerados materiais emergentes que podem ser usados em células solares de última geração1 ,2,3,4,5,6,7,8. No entanto, dispositivos fotovoltaicos baseados em Sb-Chs absorventes de luz ainda não atingiram a eficiência de conversão de energia de 10% (PCE) necessária para demonstrar a comercialização viável.
Para superar essas limitações, vários métodos e técnicas que foram aplicadas, tais como um tratamento de superfície induzida por tioacetamida1, um método de deposição de temperatura4, uma técnica de deposição de camada atômica2e o uso de coloide ponto quântico pontos6. Entre esses vários métodos, o processamento de solução com base em uma decomposição de banho químico exibiu o mais alto desempenho1. No entanto, um controle preciso da reação química e o pós-tratamento são necessárias para alcançar o melhor desempenho de1,3.
Recentemente, desenvolvemos um solução simples-processamento de alto desempenho Sb2S3-sensibilizadas células solares usando uma SbCl3-solução complexa de tioureia (TU)3. Usando esse método, fomos capazes de fabricar uma qualidade Sb2S3 com uma relação controlada de Sb/S, que foi aplicada a uma célula solar para atingir um desempenho comparável dispositivo de 6,4% PCE. Também fomos capazes de efetivamente reduzir o tempo de processamento, uma vez que o Sb2S3 foi fabricado por uma deposição de etapa única.
Neste trabalho, descrevemos o procedimento experimental detalhado para um depoimento de3 2S Sb no substrato consistindo de mesoporos TiO2 (mp-TiO2) / TiO2 camada de bloqueio (TiO2- BL) / F-dopado SnO2 ( Vidro FTO) para a fabricação de Sb2S3-sensibilizadas células solares através de SbCl3- TU complexo processamento de solução3. Além disso, três fatores-chave que afetam o desempenho fotovoltaico no decurso de uma deposição de3 Sb2S foram identificadas e discutidas. O conceito do método pode ser facilmente aplicado às outras células solares de sensibilizador-tipo com base em sulfetos metálicos.

<table><tbody><tr><td>Álcool etílico, puro, >99,5%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>isopropóxido de titânio (IV) 97%</td> <td>Aldrich</td><td>205273</td><td></td></tr><tr><td>ácido nítico, reagente ACS, 70%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>438073</td><td></td></tr><tr><td>cloreto de antimônio (III)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>311375</td><td></td></tr><tr><td>Tioureia</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T7875</td><td></td></tr><tr><td>N, N-Dimetilformamida, anidro, 99,8%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>227056</td><td></td></tr><tr><td>pasta de TiO2 com partículas de 50 nm</td><td>ShareChem</td><td>SC-HT040</td><td></td></tr><tr><td>Poli (3-hexiltiofeno)</td> <td>1-Material</td><td>PH0148</td><td></td></tr><tr><td>Clorobenzeno</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>284513</td><td></td></tr><tr><td>FTO / vidro (8 Ohmos / sq)</td> <td>Pilkington</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>DONG AH TRADE CORP</td><td>ACE-200</td><td></td></tr><tr><td>Placa de aquecimento</td><td>AS ONE Corporation</td><td>HHP-411</td><td></td></tr><tr><td>Porta-luvas</td><td>KIYON</td><td>KK-021AS</td><td></td></tr><tr><td>UV OZÔNIO Limpador</td><td>AHTECH LTS</td><td>AC-6</td><td></td></tr><tr><td>Forno</td><td>WiseTherm</td><td>FP-14</td><td></td></tr><tr><td>Espectroscopia de absorção UV/Vis</td><td>PerkinElmer</td><td>Lambda 750</td><td></td></tr><tr><td>Evaporador multifuncional com porta-luvas</td><td>DAEDONG HIGH TECHNOLOGIES</td><td>DDHT-SDP007</td><td></td></tr></tbody></table>

principais fatores que afetam o desempenho do sb2s3-sensibilizadas células solares durante um sb2s3 deposição através de sbcl3-tioureia solução-processamento complexo

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

SB2S3 é considerado como um dos absorventes de luz emergentes que podem ser aplicados para células solares de última geração por causa de suas propriedades ópticas e elétricas originais. Recentemente, nós demonstrou seu potencial como células solares de última geração, conseguindo uma alta eficiência fotovoltaica de > 6% em Sb2S3-sensibilizadas células solares usando uma simples tioureia (TU)-com base em método de solução complexa. Aqui, descrevemos os principais procedimentos experimentais para a deposição de Sb2S3 em uma camada de mesoporos TiO2 (mp-TiO2) usando uma solução complexa de SbCl3- TU na fabricação de células solares. Primeiro, a solução TU -3SbCl é sintetizada pela dissolução SbCl3 e TU em N, N- dimetilformamida em diferentes proporções molares de SbCl3: TU. Então, a solução é depositada em substratos preparados como consistindo de mp-TiO2/TiO2-bloqueando camada/F-dopado SnO2 vidro por revestimento de rotação. Finalmente, para formar o cristalino Sb2S3, as amostras são recozidas em um N2-encheu a caixa de luva a 300 ° C. Os efeitos dos parâmetros experimentais sobre o desempenho do dispositivo fotovoltaico também são discutidos.

A Figura 1 mostra uma representação esquemática do procedimento experimental para a deposição de3 2S Sb no substrato de vidro de - BL/FTO do mp-TiO2/TiO2. Figura 1 d mostra as propriedades básicas e esquema de um típico produto fabricado pelo método descrito neste documento. O padrão principal difração de raios x (XRD) é bem combinado com o de um stibnite Sb2S3 est...

Este trabalho fornece um procedimento experimental detalhado para a deposição de Sb2S3 em uma camada de mesoporos TiO2 usando um SbCl3-solução complexa de tioureia para aplicações em Sb2S3-sensibilizadas células solares. Este artigo também determina os fatores-chave que regem o processo de deposição.

Principais fatores que afetam o desempenho do Sb2S3-sensibilizadas células solares durante um Sb2S3 deposição através de SbCl3-tioureia solução-processamento complexo

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical ...

Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo de pesquisa da próxima geração. Por exemplo, sensibilizar a base arquitetônica através de nossas células. A principal vantagem desta técnica é que é um processo de solução simples para a fabricação de feromônios elevados que transportam através de nossas células. Demonstrando o procedimento estará Eunjeong Hwang, em nosso pesquisador sazonal de nosso laboratório. Primeiro, adicione 20 milômetros de etanol a um frasco de 15 mililitros contendo uma barra de agitação magnética e feche o frasco. Transfira o frasco para um porta-luvas cheio de nitrogênio com um sistema de umidade controlada. Usando uma seringa com um filtro de PVDF de 0,45 mícron, adicione 1,225 mililitros de isopropóxido de titânio ao frasco e mexa suavemente a mistura por pelo menos 30 minutos. Em um segundo frasco de 50 mililitros contendo uma barra de agitação magnética, adicione 20 mililitros de etanol, 18 microlitros de ácido nítrico a 70% e 138 microlitros de água. Mexa delicadamente a mistura por pelo menos 30 minutos. Depois de remover o primeiro frasco para injetáveis do porta-luvas, misture as duas soluções despejando a solução de ácido nítrico na

key-factors-affecting-performance-sb2s3-sensitized-solar-cells-during

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Chemistry

Química

Uma estratégia geral para o desenvolvimento de carga de separação de compostos semicondutores nanocristais implantáveis ​​para a produção de energia solar é apresentada. Mostra-se que a montagem de domínios dador-aceitador de nanocristais de uma geometria de nanopartículas único dá origem a uma função fotocatalítica, enquanto bulk-heterojunções de dador-aceitador de nanocristais películas podem ser usados ​​para a conversão da energia fotovoltaica.

Captação de energia solar por meio da carga de separação de nanocristais e seus sólidos

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Integrando um Triplet-triplete Annihilation Sistema Up-conversion para melhorar Dye-sensibilizadas Response célula solar para a Luz Sub-bandgap

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Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

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